[发明专利]硬质奥氏体不锈钢螺钉及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐蚀性优良的硬质奥氏体不锈钢螺钉及其制备方法。

一般来说，奥氏体不锈钢与碳钢相比，对酸或盐具有更高的耐蚀性。但是，其表面硬度和强度比碳钢差。因此，不宜用这种不锈钢作需要靠自攻性紧固铁基板材的螺钉，例如自攻螺钉，自钻螺钉和干墙螺钉等。为此，使用电镀渗碳的铁制品或13Cr不锈钢制品。但需要指出的是，这些制品的缺点在于不仅其抗氧化性（防锈性）要比奥氏体不锈钢制品的差，而且其紧固能力也很弱，因为近来受严重的环境污染问题之一酸雨的影响，其基材遭到腐蚀。在这方面，奥氏体不锈钢制品的耐酸性极优良。因此，本发明提供一种通过渗氮硬化奥氏体不锈钢保持其自攻性与铁制品一样良好的技术（日本专利申请177660/1989）。按照该项技术，在不锈钢螺钉外表周围可形成一硬质层，靠该层能钻入和自攻入足够厚的铁板。虽然在所得硬化层中多数表面硬质层（15-50μm）极硬，但也不一定充分防锈和耐酸，很容易造成锈蚀。根据本发明人的调查发现，比超硬表面层还往里的部分具有与不锈钢基材同样的耐蚀性，不会造成象铁制品和13Cr制品那样由酸雨所带来的腐蚀问题。在外观方面，改变可见部件的颜色、特别是改变紧固后可见的螺钉头的颜色并不可取。为了解决这些问题，已提出了应用某些方法，例如用镀铜掩蔽住螺钉头进行渗氮的方法，和奥氏体不锈钢的螺钉头部分通过焊接与碳化铁材制成的钻孔部分结合的方法。但是这类方法也有缺点。在前一种方法中，通过镀铜部分掩蔽很麻烦且成本高;在后一种方法中，所用的多种原料成本高。可以完全用Ni-Zn、Zn或Ni进行镀覆，以防止由渗氮表面的超硬膜层产生的锈。由于大多数镀层对硫酸耐蚀性较差，因此不可能排出酸雨造成的锈蚀（特别是在户外使用的螺钉）。所以，在光泽度和保持美观方面，镀覆本身有效，但在防锈方面却不理想。

因此，本发明的目的是提供一种硬质奥氏体不锈钢螺钉，它具有与铁制品相同的、对待钻的钢板的钻入、自攻和紧固特性，而且紧固后可见的螺钉头具有与奥氏体基材同样良好的缓蚀性。

为了实现上述目的，作为第一要点，本发明提供了一种奥氏体不锈钢螺钉，其特征在于在奥氏体不锈钢螺钉的表面上形成含超硬表面层和在其下连接螺钉心部的内硬层的硬的渗氮层，预定部分的所述硬氮化层被除掉其超硬表面层，仅剩下连接心部的内硬层;作为第二要点，本发明提供了一种制造硬质奥氏体不锈钢螺钉的方法，该方法包括以下步骤：将奥氏体不锈钢螺钉基材置于含氟-或含氟化物气体的气氛下以在其表面上形成氟化层，在渗氮气氛下加热氟化的螺钉以将螺钉的表面层制成一层含有超硬表面层和在其下连接螺钉心部的内硬层的硬的渗氮层，并将所述硬渗氮层预定部分的所述超硬表面层除掉以露出连接心部的内硬层。

所述内硬层指的是金属组合物层，其硬度比不锈钢基材心部高约20%。

在寻找奥氏体不锈钢螺钉的渗氮层上为何生锈的累积调查过程中，本发明人发现：所述渗氮层有两层，一层是超硬表面层，另一层是其下的内硬层;超硬表面层在金属组合物中包含金属互化物（如CrN，Cr₂N和Fe_2-3）;内硬层是一种固溶体，其中N，C，Fe-C与心部奥氏体是固溶的。如前所述，本发明人认为如果除掉超硬表面层，露出其下的内硬层，则可防止生锈，基本上不会损伤表面硬度和强度（因为仅在所述超硬层上生锈），这样便产生了本发明。

通过从奥氏体不锈钢螺钉表面形成的渗氮层上除去超硬表面层，本发明能使下面连接心部的内硬层暴露出来。一般来说，超硬表面层厚为15-50μm且表面硬度（Hv）为1200-1400，内硬层厚为30-150μm且表面硬度（Hv）为320-650。与奥氏体不锈钢基材相比，内硬层的表面硬度要高的多，而对酸和碱的耐蚀性与其差不多类似。

在本发明中，螺钉由奥氏体不锈钢基材制成。按上述方法渗氮后，只除掉渗氮层中的表面层（超硬表面层）。除掉表面层可采用化学或机械方法。在化学法中，将预定部分的超硬表面层（如螺钉头）浸入强酸（如HF-HNO₃）或王水中2-30分钟，最好2-15分钟。在机械法中，将所述部分进行机械磨光等等。从均匀除去此层考虑，优选化学法。除了螺钉头部分之外，最好也除掉轴部分的超硬表面层，但这要取决于螺钉除掉表面层之后不会影响紧固作用。